变电站电容器装置中电容器额定电压的合理选择.pdf

《变电站电容器装置中电容器额定电压的合理选择.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变电站电容器装置中电容器额定电压的合理选择.pdf（8页珍藏版）》请在一课资料网上搜索。

1、 3 收稿日期 2009201205 变电站电容器装置中电容器额定电压的合理选择 盛国钊 1 苗竹梅 2 孔 涌 3 严 飞 1 1 国网电力科学研究院 湖北 武汉430074 2 陕西省电力公司 陕西 西安710004 3 北京市电力公司 北京100031 摘 要 额定电压是并联电容器装置中单台电容器的一个重要参数 额定电压选择过低将会 导致电容器故障率增加 运行可靠性降低 选择过高则会造成设备利用率低 因此 提出了工 程上选择并联电容器额定电压的原则 并推导出并联电容器额定电压的通用计算公式 同时 分析了电容器装置参数变化引起的电容器运行电压升高系数 并提出一些实用的判别依据 为 电容器装

2、置的设计和运行维护提供参考 关键词 并联电容器 额定电压 过电压 电压配合 串联电抗器 并联电容器装置 中图分类号 T M714 文献标识码 B 文章编号 167421757 2009 0320001208 Selection of the Rated Voltage of Shunt Capacitor in Substation SHENG Guo2zhao 1 M I AO Zhu2mei 2 KONG Yong 3 YAN Fei 1 1 State Grid Electric Power Research Institute Wuhan 430074 China 2 Shaanxi

3、Electric Power Company Xi an 710004 China 3 Beijing Electric Power Company Beijing 100031 China Abstract Rated voltage is an important parameter of capacitor in shunt capacitor installation Too low rated voltage will increase the fault rate and decrease the operation reliability while higher rated v

4、oltage will cause the low utilization ratio of resource and equipments In this article the selection principle of the rated voltage of shunt capacitor in engineering is introduced and the calculation for2 mula of the rated voltage of shunt capacitor is derived out by using the circuit theory At the

5、same ti me the increasing coefficientof capacitoroperation voltage caused by parameter variation of capac2 itor installation has been derived out and some applied fault criterions have been presented which offer reference for the design and operating of capacitor installation Keywords Shunt capacito

6、r Rated voltage Over voltage Voltage coordination Series reactor Shunt capacitor installation 0 前言 合理选择高压并联电容器 以下简称电容 器 的额定电压值是电容器装置安全经济运行的 首要因素 额定电压选高了 电容器装置的运行 可靠性提高 但容量利用率低 选择低了 则运行 安全性降低 如何兼顾到经济 安全两个方面 一 直是从事无功补偿技术的广大工程技术人员思考 的问题 并联电容器装置的电压 容量系列选择标 准 1 给出了每相电容器额定电压的近似计算公 式 并给出了6 kV 66 kV并联电容器装置每

7、相 电容器额定电压的标准值 这是目前国内唯一给 出的计算公式 但未说明公式的选择依据 本文 引入了电容器装置最高连续运行电压参数 给出 了该公式的选择依据 并导出电容器额定电压的 通用计算公式及该公式的适用范围 对某些运行 条件下应选择更高的电容器额定电压的因素也作 了说明 并提出了判别的依据 1 高压并联电容器额定电压的选择 影响电容器额定电压选择的因素很多 其中 1 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor 采用串联电抗器时引起的电容器电压的 升高 当然还有其他因素 如电源电压的不对称 电容器组三相电容不平衡 电容器组串联段之间 电容的偏差 允

8、许缺台运行以及谐波电压的影响 等 2 4 在工程中一般考虑主要的两个因素就可 以满足运行要求 个别情况需考虑其它因素影响 如允许缺台运行以及对于谐波电压大的系统 尚 应考虑谐波电压的影响等 实际上高压并联电容器额定电压的选择原则 早已被确定 并且一直在被成功采用 并联电 容器装置的电压 容量系列选择标准 中规定星 形接线电容器组额定相电压由公式 1 计算确 定 然后除以每相电容器串联台数 即得单台电容 器额定电压 Ucn 1 05Usn 3 1 K 1 式中 Ucn 电容器组的额定相电压 Usn 电容器装置接入系统的标称电压 K 额定串联电抗率 K XL XC XL 每相串联电抗器的额定阻抗

9、XC 每相电容器的额定阻抗 由公式 1 分析可知 工程上选择电容器额 定电压的原则为 1 电容器的允许连续运行电压与电容器装 置的最高连续运行电压相一致 2 考虑电容器组采用串联电抗率 这里引入一个以前没有提及的概念 即电容 器装置最高连续运行电压Uym 以前选择电容器 额定电压时使用了这样一个原则 但从未明确地 提出来 这里提出来是为了说明以前的计算公式 是如何确定的 1 1 电力系统要求的电容器装置最高连续运行 电压 电容器接入的系统规定了最高电压 例如 10 kV和35 kV系统的最高电压为系统标准电压的 1 15倍 66 kV系统为系统标准电压的1 1倍 在 此电压下 系统可连续运行

10、也即要求接入该系统 的各种电气设备均应在该电压下连续运行 但电 容器装置有其特殊的地方 即电容器装置除了满 足电力系统无功分层 分区平衡以外 也与变压器 有载调压设备共同肩负着系统电压的调节作用 即电压过高时可以切除电容器装置或调节变压器 抽头降压 使电压降至规定的电压范围 也就是讲 电容器装置不一定需要在系统最高电压下连续运 行 下面分析一下电容器装置最高连续运行电压 应如何选择 电容器装置连续运行电压是由电力系统电压 质量要求所决定的 根据 国家电网公司电力系 统电压质量和无功电力管理规定 等 5 的要求 6 kV 66 kV变电站母线和电力用户正常和事故 情况下的运行电压的最大正偏差不超

11、过 7 10 如果超过上述规定将进行调整 其中包 括切电容器装置等措施 电压考核点超过上述规 定电压运行即记录为电压不合格 因此 10 kV 66 kV站用电容器装置的最高运行电压不会超过 10 对于不接负荷 只接电容器装置的变压器 第三绕组的电压 则根据实际运行情况而定 此时 可以不受 10 偏差要求的限制 主要受设备绝 缘限制 通常只要不超过该电压等级的最高电压 要求即可 例如1 000 kV系统变压器第三绕组 侧母线电压为110 kV 当系统需要输送较大容量 时 该电压可达最高电压126 kV 并且要求电容 器装置接入系统提供无功补偿容量 因此 该装置 的最高连续运行电压即为126 kV

12、 即比110 kV母 线标称电压高 15 由上可知 10 kV 66 kV大部分电容器装置 的最高连续运行电压可取系统标称电压的1 1 倍 对于变压器第三绕组不接负荷只接电容器装 置的情况 电容器装置最高连续运行电压根据实 际运行电压而定 但大多数情况下最高运行电压 不会超过1 1倍的标称电压 因此 一般可取系统 标称电压的1 1倍 特殊情况可取其他数值 1 2 电容器装置的允许连续运行电压 电容器装置的允许连续运行电压应与装置接 入系统要求的最高连续运行电压相一致 一般取 两者相同 1 3 电容器的允许连续运行电压 电容器的允许连续运行电压通常与电容器装 置的允许连续运行电压相一致 电容器的

13、允许连续运行电压值在标准中有明 2 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor 电力行标DL T 840 6 中 规定为1 05Un 目前使用的10 kV 66 kV系统中的电容器 装置 只要执行电力标准 电容器允许连续运行电 压均为1 05Un 对于66 kV以上的电容器装置 可按此原则或根据具体情况确定 1 4 串联电抗器引起的电压升高 根据电工原理可以推导出串联电抗器的接入 可以引起相串接的电容器电压升高1 1 K 倍 7 1 5 电容器额定电压的计算公式 根据电容器装置允许连续运行电压等于系统 要求的电容器装置最高连续运行电压的原则 当 已知

14、电容器装置最高连续运行电压Uym 电容器 允许连续运行电压倍数KL和额定串联电抗率K 时 电容器组允许连续运行相电压为KLNUn 电容 器装置允许连续运行相电压为Uym 3 考虑电 抗率以后 可得 KLNUn Uym 3 1 K 经过整理 可得 Un Uym 3KL N 1 K 2 式中 Uym 电容器装置最高连续运行电压 Un 电容器的额定电压 KL 电容器允许的连续运行电压倍数 N 每相电容器串联台数 当选择Uym 1 1Usn KL 1 05 UC NUn代 入公式 2 得 Ucn 1 1Usn 3 1 05 1 K 1 05Usn 3 1 K 3 公式 2 就换算成公式 1 了 所以

15、公式 1 和 2 实为同一公式的两种表示方式 很明显 对于某些特殊的运行条件 电容器额定电压可以 按公式 2 来进行计算选取更为方便 1 6 考虑谐波时电容器额定电压的选择 一般讲 谐波较大时 应选用交流滤波电容 器 如果选用高压并联电容器 则必须选用更高 电压等级的电容器 在以下3种情况下 必须考虑 提高电容器额定电压 1 谐波电压和工频电压峰值的算术和超过 1 2 2Un 8 2 谐波电流和工频电流的合成电流 方均根 值 大于1 3In I n为电容器的额定电流 3 电容器各谐波下的容量和工频下的容量 之和超过1 35Qn Q n为电容器的额定容量 如果以上3项中有1项或多项超出要求时 必

16、须选比公式 2 计算值更高的电压作为电容器 额定电压 使得该额定电压的电容器使用中不超 出以上三条的要求值 实际上 大多数情况下 谐 波都不很大 合成电流不超过1 2In 2 运行中电容器持续过电压情况分析 2 1 系统运行电压与电容器组运行电压的关系 按公式 2 计算的电容器额定电压是否能满 足电容器装置运行的要求 答案是肯定的 表1 是系统电压与电容器电压的对应关系 表1 系统电压与电容器电压的对应关系 系统电压 标称电压倍数 11 051 11 15 电容器电压 额定电压倍数 0 951 1 05 1 1 表1中可见系统电压为其标称电压的1 05 倍时 电容器运行在其额定电压 前面已提到

17、系统 最高连续运行电压不超过1 1倍系统标称电压 所以 电容器连续运行电压不超过1 05倍额定电 压 2 2 变电站母线运行电压曲线实例 随着负荷的变化 无功需求也随时变化 1天 中的变电站母线电压也不相同 带负荷的10 kV 母线电压一般在 1 1 07 倍标称电压下变化 表2为某变电站接负荷的10 kV母线运行电压 表3为某变电站不接负荷的变压器第三绕组35 kV母线运行电压 由表2可见 1天中运行电压在10 3 kV到 10 6 kV之间 满足电压质量标准 1 1 07 U sn 的要求 这相当于电容器组运行在额定电压Ucn 的98 101 之间 且超过Ucn的运行时间不超 过8 h 电

18、容器组运行电压离连续运行电压1 05 Ucn保留了一定的裕度 这部分裕度就留给其他因 素使部分电容器的电压升高之用 此外 没有出 现母线电压达到1 1Ucn的情况 因此 电容器组 3 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor 并联台数为5台及以上时 不平衡保护通常 不会动作 此时完好电容器将会受到较高的过电 压 如允许缺台运行 就是连续运行电压 当然 此工况是否允许还需核算电抗率是否 允许 以5台并联情况为例 如果串联电抗率为 4 5 当切除1台电容器时 则该相的容抗增加 了 由X 增加到5X 4 串联电抗率由4 5 下降 至3 6 显然这是不允许

19、的 必须撤出电容器 组 如果是6 的电抗率 则下降至4 8 此时 也需经计算和调整三相电容对称后才运行 所以 也会先切除电容器组的 对于并联数较多的情 况 例如10并 此时相容抗仅增加10 相应于 4 5 和6 电抗率的情况 电抗率下降至4 09 和5 45 前者需切除 后者可以继续运行 由上可知 只有并联台数较多 如10台以 上 时 可以直接使用完好单元的过电压不超过 1 1倍的原则 但当切除多台电容器时 同样要核 算电抗率是否允许 否则只要切除一台电容器就 5 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor Kv 故障段完好元件允许过电压倍数 M 一

20、相中并联单元数 N 一相中单元串联段数 每臂中的单元 先并后串 m 单元中并联元件数 n 单元中元件串联段数 单元中的元件 先并后串 kd 3MN m n k n 1 3MNm n k 3MN n 3MN 6N 8 5 式中 kd 完好单元过电压倍数 由表7可知 当允许元件过电压倍数在1 3 以下时 不平衡保护动作以前完好单元过电压仅 1 4 以下 一般可以不对电容器额定电压进行修 正 但对于允许元件过电压倍数更高时 将引起完 好单元较高的过电压 应结合电容器装置日运行 电压曲线 以确定是否应适当提高电容器额定电 压 对于不同容量和接线方式的电容器装置 引 起完好单元过电压倍数也不同 应根据实

21、际情况 考虑 因为 元件在过电压作用下继续损坏的时间 是随机的 也可能需数日或更长时间才可能继续 损坏至不平衡保护动作切除电容器组 对于单元内元件全并的集合式电容器 此时 允许元件过电压倍数就是完好单元过电压倍数 这是一种特殊情况 应具体对待 通常是满足允许 元件过电压倍数 3 目前使用的电容器额定电压分析 3 1 常用配合 6 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor 2 每相为4台电容器串联 如35 kV 4台11 2 kV电容器串联 由表8可以看出 1 由公式 2 计算得到的电容器额定电压与 目前实际使用的电容器额定电压是基本一致的 2 一般

22、12 kV 334 kvar电容器内部元件为8 并6串 无法使用内熔丝 所以采用内熔丝时 电 容器内部元件改为16并3串 此时电容器额定电 压为12 2 kV 这里为什么不标为 6 kV 334 kvar 是因为12 2 kV中的12 kV表示该电容器 的绝缘水平属10 kV电压等级 电容器的额定电 压是6 kV 此时一相中4台相串联 3 对于K 1 的35 kV电容器装置 标准未 给出相应得电容器额定电压 一般就采用11 kV 或11 2 kV的产品 此时额定电压选高了约4 左右 如果想选低一些 则可以选额定电压10 5 kV 2台相串 或10 5 2 kV 4台相串联的方案 4 DL T

23、840标准中仅给出了66 kV使用外 熔断器的电容器额定电压 如20 kV 21 kV等 至于使用12 电抗率的电容器装置 每相是2台 24 kV电容器串联 当初选24 kV是对应13 电 抗率的 现使用12 电抗率 使用值比计算值约 大5 7 显然 想提高使用容量可改用额定电压 23 kV 2台相串 5 66 kV电容器装置中未给出内熔丝电容器 的额定电压 因为标准中未规定 实际中也未使 用 如果采用 建议采用单台容量500 kvar的电 容器 此时 单台电容器元件为12并6串 可以使 用内熔丝 按一组60 Mvar计算 则共计120台 每相10并4串 采用单星形桥差保护接线 则每 一臂为5

24、并2串 每相采用的平台数量和接平台 电位的方式需满足电容器耐爆能量的要求 此 时 对应电抗率5 和12 的电容器额定电压分 别为11 kV和12 kV 每相4台相串 13 显然将11 kV和12 kV改成10 5 kV和11 5 kV更好些 3 2 非常用配合 使用中 有时因电容器故障率高 用户为了安 全起见 就选用较高额定电压的电容器 例如10 kV系统 电抗率6 的电容器装置选用12 3 kV 额定电压的电容器 当然串联电抗器的参数也随 着选用电容器参数的改变而改变 如果电容器设 计场强不变 这样当然安全 电压选高了9 1 此时 母线电压为10 7 kV时 电容器才运行在 0 89Un附近

25、 但由于无功输出容量是与电压平 方成正比的 则同样情况下 无功输出容量降低约 16 这是不合算的 前面已提到表2的两个实 例中 电容器组的连续运行电压不超过其额定电 压 此时 允许缺台运行时部分电容器电压升高 5 对每相电容器并联数较多的接线 部分电容 器电压升高小于5 见表5 一般已满足安全 运行的要求 不必选用12 3 kV的电容器 但如 果采用完好单元电压不超过1 1Un作为保护整 定 切除1台电容器时 完好单元的连续运行电压 升高较多并要求缺台运行 或谐波电压较大 则适 当提高额定电压 选用12 3 kV额定电压的电容 器也是可行的 可以保证电容器装置的连续运行 4 小结 通过对并联电

26、容器装置运行电压和装置本身 7 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor Reactive Power Compensation Vol 30 No 3 Jun 2009 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 参数变化的分析 可以得出如下结论 1 工程上选取并联电容器额定电压时 应考 虑电容器允许连续运行电压与电容器装置的最高 连续运行电压相适应 同时考虑串联电抗器引起 的电压升高 2 对于相间和串段间较小电容偏差的电容 器组

27、 正常与非正常方式下引起的完好单元电压 升高较小时 一般可以不必考虑其对额定电压选 择的影响 对于某些特殊情况 例如相间和串段 电容偏差过大 允许缺台运行时完好单元过电压 倍数较高等 应具体考虑是否需适当提高电容器 额定电压 3 对于个别谐波较大的场合 如果工频及谐 波电压峰值的代数和超过1 22Un或工频容量 与谐波容量之和超过1 35Qn时 则应适当选取 较高额定电压的电容器 4 对于有系统稳定要求的场合 应该充分利 用电容器的稳态过电压能力 不宜过早 如1 min 切除电容器装置 参考文献 1 CECS 33 1991 并联电容器装置的电压 容量 系列选择标准 S 2 G B T 110

28、24 1 2001 标称电压1kV以上交流 电力系统用并联电容器 第1部分 总则 性能 试验和定额 安全要求 安装和运行导则 S 3 IEEE 1036 1992 Guide for application of shunt power capacitors S 4 IEC 60871 1 1997 Shunt capacitors for a c power systems having a rated voltage 1kV Part1 General Performance testing and rat2 ing Safety requirements Guide for instal

29、lation and operation S 5 SD 325 1989 电力系统电压和无功电力技 术导则 S 6 DL T 840 2003 高压并联电容器使用技术 条件 S 7 邱关源 电路 M 北京 人民教育出版社 1979 8 IEEE 18 2002 Shunt power capacitors S 9 DL T 604 1996 高压并联电容器装置订货 技术条件 S 10 GB T 50227 1995 并联电容器装置设计规 范 S 11 DL T 584 1995 3 110kV电网继电保护 装置运行整定规程 S 12 倪学锋 姜胜宝 林浩 等 内熔丝电容器保 护配合元件过电压倍

30、数选择的原则和依据 J 电容器与无功补偿 2008 29 3 123 13 刘振亚 国家电网公司110 kV 500 kV变电 站通用设备典型规范 M 北京 中国电力出 版社 2006 作者简介 盛国钊 1939 男 高工 从事电力电容器和无功补偿 技术方面的研究工作 苗竹梅 1964 女 高工 从事电网节能管理工作 孔 涌 1973 男 高工 主要从事电压无功管理以及 电力系统方面的研究 电力电容器与无功补偿 编辑部相关部门迁址启示 由于机构整合 电力电容器与无功补偿 编辑部 中国电工技术学会电力电容器专业委员会秘书处 中国电器工业协 会电力电容器分会秘书处 全国电力电容器标准化技术委员会秘

31、书处由原址迁往西安高压电器研究院内 通讯方式如下 地址 西安市西二环北段18号 西安高压电器研究院有限责任公司内 邮编 710077 电 力 电 容 器 与 无 功 补 偿 编 辑 部 中国电工技术学会电力电容器专委会秘书处 电 话 84221423 传 真 84225621 联系人 谭艺玲 于淑霞 杨文荣 雷西宁 中国电器工业协会电力电容器分会秘书处 电 话 84249162 传 真 84261137 联系人 平 怡 付 悦 成 明 全国电力电容器标准化技术委员会秘书处 电 话 84287883 传 真 84225738 联系人 刘 菁 赵 鑫 8 第30卷 第3期 2009年6月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor Reactive Power Compensation Vol 30 No 3 Jun 2009 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved